精细的细胞呼吸的原理和应用(可下载)

第3节细胞呼吸的原理和应用

1.探究酵母菌细胞呼吸的方式

（1）酵母菌：单细胞真菌，属于真核(真核/原核)生物。在有氧和无氧的条件下都能生存，属于兼性厌氧菌，因此便于用来研究细胞呼吸的不同方式。

（2）酵母菌培养液：煮沸(目的：杀菌除氧)后冷却(目的：防止高温杀死酵母菌)的葡萄糖溶液＋新鲜的食用酵母菌。

（3）实验原理：

①检测 CO₂的产生：CO₂可使澄清石灰水变浑浊，也可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄。

②检测酒精的产生：酸性条件下，使重铬酸钾由橙色变成灰绿色。

（4）两套实验装置

①①10%NaOH溶液应放在A瓶中，10% NaOH的作用：除去空气中的CO₂或排除空气中CO₂对实验的干扰。

②酵母菌培养液应放在B、D瓶中。

③澄清石灰水或溴麝香草酚蓝水溶液应放在C、E瓶中。

④D瓶封口放置一段时间后，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶，目的是消耗瓶中的O₂，防止酵母菌的有氧呼吸对实验结果的干扰。

⑤CO₂检测时， C 瓶的石灰水浑浊度高， C 瓶的溴麝香草酚蓝水溶液变色快。

⑥酒精检测时检测液应取自B、D瓶，其中只有取自D瓶的检测液加入重铬酸钾后呈灰绿色。

（5）在有氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生大量的二氧化碳和水。

在无氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生酒精和少量的二氧化碳。

2.细胞呼吸的方式及过程：

（1）有氧呼吸：

①有氧呼吸场所：细胞质基质和线粒体(主要)。线粒体结构：双层膜，内膜折叠形成嵴，扩大了膜面积。内膜和线粒体基质中含有与有氧呼吸有关的酶。线粒体基质中还含有少量DNA、RNA 和核糖体。

②有氧呼吸：指的是细胞在 O₂的参与下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物彻底氧化分解，产生二氧化碳(CO₂)和水(H₂O)，释放能量，生成大量ATP的过程。

③有氧呼吸过程

③总反应式：C₆H₁₂O₆＋6H₂O＋6O₂─酶→ 6CO₂＋12H₂O＋能量

④有氧呼吸过程中：葡萄糖(C₆H₁₂O₆)参与第一阶段，H₂O参与第二阶段，O₂参与第三阶段(作用：与[H] 结合生成H₂O，释放大量能量)；CO₂生成于第二阶段，H₂O生成于第三阶段；第三阶段释放能量最多。有氧呼吸产生的[H]实质是NADP(还原型辅酶Ⅰ)。

⑦有氧呼吸各元素去向：。

a.研究元素去向的方法：同位素标记法。

b.产物CO₂中的：C来自葡萄糖，O来自葡萄糖和水；产物H₂O中的：H来自葡萄糖和水，O来自氧气。

（2）无氧呼吸

①无氧呼吸指在没有氧气参与的情况下，葡萄糖等有机物经过不完全分解，释放少量能量的过程。

②)过程：无氧呼吸的全过程可概括地分为两个阶段，这两个阶段需要酶的催化，但都发生在细胞质基质中。

第一阶段与有氧呼吸第一阶段相同，第二阶段是丙酮酸在酶(与催化有氧呼吸的酶不同)的催化下，分解成酒精和CO₂，或转化成乳酸。无氧呼吸只在第一阶段阶段释放出少量能量，底物中的大部分能量存留在酒精或乳酸中。

③反应式：

高等植物水淹、酵母菌缺氧：

C ₆H ₁₂ O ₆ ─酶→2C ₂ H ₅OH＋2CO ₂ ＋少量能量

马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚、骨骼肌缺氧：

C ₆H ₁₂ O ₆ ─酶→2C ₃ H ₆O ₃ ＋少量能量

3.细胞呼吸释放的能量

a.细胞呼吸的实质是分解有机物，释放能量。有氧呼吸有机物被彻底氧化分解，故释放能量多；无氧呼

吸有机物分解不彻底，大部分部分能量储存在酒精或乳酸中，故释放能量少。

b.细胞呼吸释放的能量，大部分以热能形式散失，少部分储存在 ATP 中。

c.有氧呼吸三阶段都释放能量，第三阶段产能最多，无氧呼吸两个阶段，只有第一阶段产生能量。

4.有氧吸中[H]和和ATP 的作用

a.[H]( NADH)的作用：

有氧呼吸：与 O ₂结合生成水，释放大量能量。无氧呼吸：将丙酮酸还原成酒精和 CO ₂ 或乳酸。

b.ATP 的作用：用于除光合作用暗反应(暗反应所需ATP只能由光反应提供)外的各项生命活动。

5.葡萄糖和丙酮酸代谢的具体场所

①有氧呼吸：葡萄糖：细胞质基质。丙酮酸：线粒体基质。

②无氧呼吸：葡萄糖：细胞质基质。丙酮酸：细胞质基质。

6.两类生物有氧呼吸的场所：①原核生物：细胞质基质或细胞膜。②真核生物：细胞质基质和线粒体

7.细胞呼吸原理的应用：

①用透气纱布或“创可贴”包扎伤口，以增加通气量，抑制厌氧病原菌的无氧呼吸。

②酿酒过程：早期通气，促进酵母菌有氧呼吸，利于菌种繁殖；后期密封发酵罐，促进酵母菌无氧呼吸，

利于产生酒精。

③疏松土壤，促进植物根细胞的有氧呼吸。

④种子、果蔬保鲜条件:

a种子：低氧、零上低温、干燥。b果蔬：低氧、零上低温、一定湿度。

⑤提倡慢跑，促进肌细胞有氧呼吸，防止无氧呼吸产生乳酸使肌肉酸胀。

⑥破伤风杆菌只能进行无氧呼吸，伤口较深或被锈钉扎伤后，病菌就容易大量繁殖，所以要打破上分抗毒血清。注：破伤风芽胞杆菌为原核生物，只能进行无氧呼吸。

8.细胞呼吸方式的判断:(根据总反应式分析、理解不死记)

（1）消耗O ₂、有 H ₂ O 产生：存在有氧呼吸。

（2）有酒精或乳酸生成：存在无氧呼吸。

（3）有CO ₂生成：进行有氧呼吸或无氧呼吸(酒精发酵)，或两种呼吸并存。

（4）O₂吸收量＝CO ₂释放量：只进行有氧呼吸。O ₂吸收量＜CO ₂释放量：无氧呼吸＞有氧呼吸。

（5）酒精量＝CO₂量：只进行无氧呼吸。酒精量＜CO ₂量：有氧呼吸＞无氧呼吸。

9.若消耗等量葡萄糖，有氧呼吸和无氧呼吸 CO ₂总产生量与 O ₂吸收量之比为 4:3；若产生等量的 CO ₂，

有氧呼吸和无氧呼吸消耗的葡萄糖量之比为1:3。

10. 酵母菌、植物组织细胞呼吸曲线分析(曲线会分析、理解不死记)

（1）0点：细胞只进行无氧呼吸。

（2）0～b段：有氧呼吸和无氧呼吸同时进行，随O₂浓度增加，无氧

呼吸受到抑制而逐渐减弱，有氧呼吸逐渐增强。a点时，有氧呼吸和无氧呼

吸CO₂产生量相同，但两者呼吸强度不同，有机物消耗量之比为1:3。

（3）b点后：细胞只进行有氧呼吸。

（4）水果、蔬菜、粮食的储存应选择 a 点O₂浓度，因为此浓度下细胞呼吸强度最低。

（5）mn段CO₂释放量逐渐减少的原因：无氧呼吸逐渐减弱，但由于O₂浓度较低，有氧呼吸也比较弱。

（6）np段CO₂释放量逐渐增多的原因：随O₂浓度增高，有氧呼吸逐渐增强。

（7）有氧呼吸CO₂释放量也可表示O₂吸收量。

（8）两条实线间的距离可表示无氧呼吸强度，当两曲线重合时(距离为0)，无氧呼吸强度为0。

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